[发明专利]大流量气相法晶体生长的压力自适应模糊控制方法

权利要求书

1.一种大流量气相法晶体生长的压力自适应模糊控制方法，基于大流量气相法晶体生长炉的仪表控制系统，其包括生长腔室（1）、进气管道（2）、氩气流量计（3）、压力变送器（5）、控压仪表（6）、机械泵（8）、分子泵前级阀（9）、分子泵（10）、排气管道（11）、压力传感器（12），其特征在于：还包括上位机（4）、电控碟阀（7），上位机（4）通过通讯缆分别与氩气流量计（3）、控压仪表（6）连接，电控碟阀（7）通过排气管道分别与生长腔室（1）、排气管道与机械泵（8）连接，构成大流量气相法晶体生长的压力自适应模糊控制系统；压力控制调节方法为上位机（4）根据压力的测量值和设定值之间的偏差及偏差的变化率的大小，按照模糊控制规则所获得的PID参数增量调节，更新控压仪表（6）中的3个PID参数，具体包括以下步骤：

一、首先开启机械泵（8），在上位机（4）中设定控压仪表（6）的目标压力为0mbar，并设定电控碟阀（7）的最小开度为99%，最大开度为100%，通过机械泵（8）和电控碟阀（7）这一条气路对生长腔室（1）进行低真空抽气操作；待系统真空降至1×10^-1Pa，设定电控碟阀（7）的最小开度为0%，最大开度也为0%，即关闭电控碟阀（7）这条气路，然后开启分子泵前级阀（9），同时启动分子泵（10）开始进行高真空抽气操作，待系统真空降至1×10^-3Pa时，关闭分子泵（10）和分子泵前级阀（9），最后关闭机械泵（8）；

二、在上位机（4）中设定氩气流量计（3）的流量为10L/min，通过进气管道（2）进入生长腔室（1）内，待炉内充气压力至1100mbar时将流量计（3）的流量设定为0L/min；

三、在上位机（4）中设定控压仪表（6）的目标压力为10-1000mbar，再设定氩气流量计（3）的流量为0-10L/min，之后设定电控碟阀（7）的最小开度为0%，最大开度为100%，保证电控碟阀（7）能在关闭和打开的范围内连续变化，最后开启机械泵（8）；

四、用e(k)和ec(k)的模糊论域的变量，计算e(k)模糊化的比例因子及ec(k)模糊化的比例因子：

根据已知误差公式e(k) =r(k)-y(k)和误差的变化率公式ec(k) =e(k)-e(k-1)，其中y(k)表示当前压力变送器（5）的测量值、r(k)表示当前控压仪表（6）的设定值，其中e(k)及ec(k)的最大控制范围是[-20，20]，用E和EC分别代表e(k)和ec(k)的模糊论域的变量， E及EC的最大控制范围是[-10，10]，则e(k)模糊化的比例因子为变量E和e(k)的范围比值，同理ec(k)模糊化的比例因子为变量EC和和ec(k)的范围比值；

五、在上位机（4）中设定控压仪表（6）的PID控制的3个参数的最大增量调节范围：Δkp、ΔkI、Δkd均为[-10,10]，根据表1[模糊控制规则]进行模糊运算公式求得表2[PID参数的增量调节表]，之后根据每次采样的e(k)和ec(k)的数值，先将其转换为模糊论域内的变量数值，在表2中进行查表获得Δkp、ΔkI、Δkd的增量调节数值；

表1模糊自适应控制规则表

表2 模糊自适应PID参数调节增量表

六、获得Δkp、ΔkI、Δkd的增量调节数值之后，更新控压仪表PID的三个参数KP、KI、KD，再根据PID计算公式得到控制输出的百分比，控压仪表（6）将输出的百分比转换为0-5V的电压信号送给电控碟阀（7）调整开启比例，经过3分钟左右的调节时间，系统压力稳定在目标压力值，上下波动控制在±1mbar之内；

七、若需要改变压力控制目标值，则在上位机（4）中重新设定控压仪表（6）的目标压力，再设定氩气流量计数值，重复上面的第四和第五步骤，同样在经过3分钟左右的调节之后，系统压力稳定在新的压力目标值，上下波动同样控制在±1mbar之内。